路由器、网桥和交换机

传统交换机从网桥发展而来，属于 OSI 第二层即数据链路层设备。它根据 MAC 地址寻址，通过站表选择路由，站表的建立和维护由交换机自动进行。路由器属于 OSI 第三层即网络层设备，它根据 IP 地址进行寻址，通过路由表路由协议产生。交换机最大的好处是快速，由于交换机只须识别帧中 MAC 地址，直接根据 MAC 地址产生选择转发端口算法简单，便于 ASIC 实现，因此转发速度极高。但交换机的工作机制也带来一些问题。

回路：根据交换机地址学习和站表建立算法，交换机之间不允许存在回路。一旦存在回路，必须启动生成树算法，阻塞产生回路的端口。而路由器的路由协议没有这个问题，路由器之间可以有多条通路来平衡负载，提高可靠性。

负载集中：交换机之间只能有一条通路，使得信息集中在一条通信链路上，不能进行动态分配，以平衡负载。而路由器的路由协议算法可以避免这一点，OSPF 路由协议算法不但能产生多条路由，而且能为不同的网络应用选择各自不同的最佳路由。

广播控制：交换机只能缩小冲突域，而不能缩小广播域。整个交换式网络就是一个大的广播域，广播报文散到整个交换式网络。而路由器可以隔离广播域，广播报文不能通过路由器继续进行广播。

子网划分：交换机只能识别 MAC 地址。MAC 地址是物理地址，而采用平坦的地址结构，因此不能根据 MAC 地址来划分子网。而路由器识别 IP 地址，IP 地址由网络管理员分配，它是逻辑地址且具有层次结构，被划分成网络号和主机号，可以非常方便地用于划分子网，路由器的主要功能就是用于连接不同的网络。

保密问题：虽说交换机也可以根据帧的源 MAC 地址、目的 MAC 地址和其他帧中的内容对帧实施过滤，但路由器根据报文的源 IP 地址、目的 IP 地址、TCP 端口地址等内容对报文实施过滤，更加直观、方便。

介质相关：交换机作为桥接设备也能完成不同链路层和物理层之间的转换，但这种转换过程比较复杂，不适合 ASIC 实现，势必降低交换机的转发速度。因此目前交换机主要完成相同或相似物理介质和链路协议的网络互联，而不会用来在物理介质和链路层协议相差甚远的网络之间进行互联。而路由器则不同，它主要用于不同网络之间互连，因此能连接不同物理介质、链路层协议和网络层协议的网络。路由器在功能上虽然占据了优势，但价格昂贵，报文转发速度低。

网桥是一个简单的相关设备。它唯一的目的是把被许多正在共享的物理网络分割成多个小部分。网桥通常只有 2 个端口；超过 2 个端口的网桥成为 Switch。

因为以太网是最常用的物理网络，我们将用它来说明我们的观点。在一个以太网上，所有的接入计算机都共享同一根“线”（物理上不是同一根，但电气是想通的）。当 2 台计算机试图在同一时间内对话，它们将会被对方淹没，这就叫冲突。在以太网上的计算机越多，冲突的机会就越大。

网桥把以太网分割成许多冲突域。除非网桥另一边的计算机预定，否则在网桥 1 边的所有数据都留在那里，这样全面减少了 1 段上的负担。

网桥不考虑用户在网上使用的协议（TCP/IP，IPX，AppleTalk 等），因为它们是在数据链路层工作。这既是一个优点，同时也是一个缺点；因为它们工作在一个简单的层上，网桥可以盲目地以高速操作，它们会不加选择地传输数据，我们几乎不能对它的工作进行控制。因此，路由器就诞生了。

路由器工作在网络层——它们事实的上知道在网络上传输数据的协议。正因为它们知道协议，所以它们能按照规则来决定将怎样处理特定的数据，因此，路由器在为不同目的或不同组织的连接网络是很有用的。用户可以申请规则或过滤器来使特定的数据通过，而使其他的数据不通过；或者安排为某种目的服务的数据进行特定的网络连接，其他的数据则跳过这个连接。这种服务是要收费的。路由器得到特定的描述越详细，数据发送到的目的地的延时就越长。所以，快速路由器的配置越高，硬件的价格就越贵。

总之，路由和网桥的区别可以归纳为以下几点。

（1）端口的区别。交换机工作时，实际上允许多个组端口间的通道同时工作。所以，交换机不仅仅体现出是一个网桥的功能，而且是多个网桥功能的集合。即网桥仅仅支持两个端口，所以，网桥划分的物理网段是相当有限的。

（2）分段能力的区别。由于交换机能够支持多个端口，因此可以把网络系统划分成为更多的物理网段，这样使得整个网络系统具体更高的带宽。而网桥仅仅支持两个端口，所以，网桥划分的物理网段是相当有限的。

（3）传输速度的区别。就数据信息的传输速度相比，交换机要快于网桥。

（4）数据帧转发方式的区别。网桥在发送数据帧前，通常要接收到完整的数据帧并执行帧检测序列 FCS 后，才开始转发该数据帧。交换机具有存储转发和直接转发两种帧转发方式。直接转发方式在发送数据以前，不需要在接收完整个数据帧和经过 32bit 循环冗余校验码 CRC 的计算检查后的等待时间。

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